乡村排污系统的探讨（张健）

摘要：目前很多乡村使用的干厕更多是一种原始、无卫生管理的干厕, 对生活水平较低的乡村应当提倡和推广符合现代卫生要求的生态型的干厕。在耗水、排污量大和不选用干厕的乡村, 发达国家经验表明采用城市传统排水模式( 重力流加泵站) 在经济性上有很大局限。压力或负压排水成为重要的排污方式, 源头分离收集的负压生态排水模式在舒适度、卫生、节水、经济性和生态方面具有显著优势。

关键词：乡村 排污 生态排水 源分离

中图分类号X703 文献标识码B 文章编号1673 - 4637 ( 2006) 04 - 0049 - 03

1 建立乡村排污系统的目标与意义

排污系统的建立是新农村建设的一个组成部分,建立乡村排污系统的目标和意义有以下几个方面: ①改善乡村人口的生活条件, 改善和保障乡村的环境卫生; ②减少环境污染; ③从源头控制入手, 实现生态良性循环。改善乡村居住的舒适度, 改善卫生条件,应是乡村排污系统建立的最重要的目标。

人粪尿是生活污水中污染物、病原菌和营养盐的最主要来源, 含污水中有机污染物总量的60%, 氮和磷总量的90%以上, 钾总量的约70%[1 - 2 ] 。所以生活污水的污染控制与资源化的核心是人粪尿的污染控制和资源化。

以下介绍、分析国内外乡村排污的不同模式。

2 乡村排污模式

2.1 传统干厕及其现代意义

干厕系统是人居最早的排污模式, 也是保持人居- 农田良性物质循环非常经济、有效的模式。

在我国很早就实现了人粪尿的农用。早在战国时期使用农家肥已相当普遍, 如韩非子在《解表》中写“积力于田畴, 必且粪溉”。在秦汉时期就有人厕所和猪圈建在一起的记载, 还使用了“圈中熟粪”的描述,表明已经有堆沤加工的实践[3]。历史上农民养地的方法一直是以农家肥、有机肥为主。进入20 世纪80 年代以来, 化肥供应越来越充裕, 从1980 年起, 使用量开始超过农家肥, 到目前我国肥料投入中只约有35%来自有机肥。尽管乡村仍保留了原有的干厕系统, 但是人粪尿返田农用在大大减少。据统计, 目前人粪尿的利用率不到30% [4]。

从农业生态角度, 人居与农田的物质交换、人类排泄物返田有重要意义。我国粪尿返田量的减少除了与农民可以接受化肥的价格外, 粪尿稳定化处理不好、施用劳动强度大、卫生条件差也是重要原因。需要强调的是传统干厕应该在卫生条件方面有显著改善, 解决粪便稳定化不彻底, 新旧粪尿界限不清等问题, 解决乡村通过人类排泄物带来的病原菌的传播感染问题。

近10 多年来, 欧洲发达国家, 特别是在人口密度低的乡村, 干厕开始得到提倡和应用。典型的是北欧国家越来越多的人接受干厕和粪尿分离的厕所系统。

除了以上所说的生态考虑外, 经济上的考虑也是重要原因。采用冲水马桶和流行的城市排水模式, 粪尿上百倍的被稀释, 不仅得不到回收利用, 而且造成水体污染。随着乡村生活水平的提高和污水量的增加以及环境要求和环境标准的不断提高, 乡村分散的生活污水需要收集和处理。城市已有的下水道及污水处理厂模式或储存、车运、集中处理站处理的方式费用都太高, 而采用干厕收集处理粪尿便成了一个重要的替代方案。这时生活杂排水和雨水由于污染程度低,可采用多种低成本的方法( 自然或人工) 得到有效净化, 避免污水输运所带来的费用。

2.2 粪尿储罐、化粪池及小型污水处理单元

粪尿储罐、化粪池、污水储罐及小型污水处理单元在中国乡村应用很少, 主要原因是普遍应用干厕,人均用水量小以及对污水排放没有控制要求。欧洲乡村在无法接入污水管网的情况下该类方法成为排水的主要模式。由于排放控制要求的提高, 近年来, 如德国, 一家一户的单体MBR 污水处理单元已经开始应用。

2.3 传统城市排水模式在乡村应用的局限

欧洲早期城市化时期建立的重力流为主混合排水模式被当今世界各国采用。但无论是模拟计算还是已有实践, 均证明在排水工程实施和排水经济性上对乡村来说存在很多问题, 主要有以下几个方面的原因:

(1) 以重力为主的城市排水模式经济优势的前提是污水量大, 污水进入排水管密集, 但这些条件乡村一般不具备。

(2) 流量小时要求管道坡度大, 从而导致埋深增加快和增加中途提升。如采用大管径小流量时, 由于流速太低又会造成管内沉积物过多和管道堵塞。

(3) 在大多数情况下, 即使在几百人的乡村, 采用重力流排水时, 实际中常不得不通过泵站来实现排水系统的运转。

所以在欧洲的乡村替代的排水模式———压力和负压排水得到较广泛的应用。

2.4 乡村排水的替代方案

2.4.1 压力管道排污

压力管道排污19 世纪在欧洲已经开始应用, 城市排污系统中大水量密集性的排水成为主导排水模式后, 压力管道排水仅在小的分散住区得到采用。压力管道排水可以是单线管道, 也可是压力管网。

在德国, 压力管道排水多应用在服务人口1 500以下的排水系统。压力管道排水系统的最大缺陷是每一个排水点必须要有动力源即增压泵, 所以很多情况下压力管道排污的应用受到局限。

2.4.2 负压排污

负压排污已有130 多年历史, 19 世纪末曾在大城市( 如德国柏林) 的排水中得到应用。其基本原理是利用负压作为动力实现排水。图1 为典型的负压排水系统。由于系统可利用1 个集中的负压源实现排水,所以在乡村、海滨等住区得到广泛应用。由于管道处在负压状态下不存在输送介质漏露问题, 因此在水源保护区等特殊地区负压排水成为一个重要的排污方式。单个的负压源所覆盖的区域半径通常在2～5 km。如需进一步输送, 可与压力管道联用。传统的负压管道排污系统中住宅产生的污水通常先通过重力排水集水井然后再进入负压管道。

3 源头清污分离的负压排污及与传统模式的比较

源头清污分离的负压排污的核心是将负压管道与便器直接相联, 进而实现最大程度地节省冲厕水, 目前负压便器耗水量可减小到平均约0.3 ～0.8 L / 次[ 2 ]。粪尿通过负压系统单独收集、输送和处理, 而其他杂排水由于污染负荷低, 根据地形地貌的具体条件采用低能耗和无能耗的途径进行净化。雨水最大程度地反渗地下水( 蓄、渗) , 多余出来的径流部分与杂排水统一管理。负压“抽”厕后的粪尿、大便、卫生纸自然破碎,介质流动性好, 因为只是单独对少量的粪尿污水进行远距离输送, 系统总体能耗低。

该模式所达到的效果是: ①入厕与城市冲水马桶相同; ②利用负压实现源头最大节水; ③系统总体能耗低; ④粪尿单独负压输送集中处理、资源化; ⑤杂排水、雨水通过就近处理和蓄、渗从而达到资源化( 反渗地下水、增加地表景观水) 并把输水费用降至最低。源头清污分离的负压排污模式的优势不仅局限于乡村。图2、3 分别表示传统城市排水和源头清污分离的负压排污模式。

德国Wuppertal 研究所以1.5 万人规模为单位在德国应用条件下对以上2 种模式进行了分析与比较[5],主要结果如下:

(1) 建筑材料的消耗。传统污水模式约有90%的材料消耗用在了污水排水系统。源头分类的污水排水系统仅为传统模式的1 / 3 ～1 / 2。

(2) 能量消耗。能量对比结果见表1。源分离负压排水在节能方面的优势主要来自源头节水以及污水输送和处理量减少, 能量回收和由于减少化肥生产而带来的间接效益。

(3) 污染物排放。污染物排放总量对比参见表2。在源头将粪尿分离后大部分的有机物得到去除, 营养盐N、P 去除率达到90%以上, 已经达到和超过了传统污水处理厂的去除率, 不含粪尿的杂排水通过进一步处理, 污染物总排放量显著小于传统排水模式。

(4) 现行价格体系下的费用。传统污水排水系统及处理厂的总费用为346 ～431 欧元/ ( 人·a) , 源头分类的污水收集与处理为270 ～316 欧元/ ( 人·a)。

4 结语

中国目前乡村总体生活水平与城市有较大区别,但乡村发展水平也会千差万异, 既有贫穷落后的乡村,也有较富裕的乡村以及消费水平较高的旅游度假村和乡村别墅区。从排污和排水的角度单纯以“乡村”作为定义不恰当。欧美在行业中较多采用“ 小住区(Small Community) ”或“排水的替代方案(Alternative Sanitation Concept) ”、“ 压力排污管道(Pressure Sewer)”或“负压排污管道( Vacuum Sewer) ”来与流行的城市排水方式相区分[3, 6]。

针对中国具体情况在乡村排污的概念确立、规划设计和实施中乡村规模、人口密度、废水量( 水的消费水平) 、地形地貌等特征比笼统的乡村这一概念更重要。

中国乡村仍普遍采用干厕, 尽管干厕从物质流的角度是人居与农业物质交换的一个理想途径, 但以下问题不应忽视:

(1) 中国目前很多乡村使用的干厕更多是一种原始、无卫生管理的干厕, 是乡村疾病和瘟疫传播的重要途径。

(2) 大部分现有的乡村干厕不具备合理的粪尿稳定化条件, 新鲜粪尿和已稳定化的粪尿彼此混淆。

(3) 乡村粪尿返田减少的一个重要原因是稳定化处理不好, 卫生条件差和操作原始。

所以, 至少在生活水平较低的乡村普及符合现代卫生要求的生态型的干厕对卫生改善、污染控制和生态良性循环都有重大意义。

在耗水排污量大, 特别是不选用干厕的乡村, 采用城市传统排水模式( 重力流加泵站) 在经济性上有很大局限, 压力或负压排水成为重要的替代方案。源头分离收集的负压排水模式在舒适度、卫生、节水、经济型和生态方面具有显著优势。

参考文献

[1] Otterpohl,R.,Oldenburg,M., Buettner, S.(1999):Alternative Entwaesserungskonzept zum Strommanagement,Korrespondenz Abwasser (46), Nr. 2.

[2] 张健.(2006): 城市生态排水[J].中国环保产业, 2006, ( 3) .

[3] 梁家勉.中国农业科技史稿[M].北京: 农业出版社, 1989.

[4] 李庆逵, 等.中国农业持续发展中的肥料问题[M].江西:科学技术出版社, 1998.

[5] ATVRegelwerk(1992): Besondere Entwaesserungsverfahren Unterdruckentwaesserung- Druckentwaesserung .

[6] Tchobanoglous , G. , Burton, F. (1991): Wastewater Engineering, McGraw- Hill.

作者简介: 张健( 1959 —) , 男, 环境工程博士( 柏林工大) , 总经理。

来源：《北京水务》2006.4

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